Question

【題目】納米微晶(堿式碳酸鋅)屬于高端精細化工產品,晶粒粒度在,不溶于水和醇。某高校實驗室用工業級硫酸鋅(主要成分為,含少量)制備納米微晶堿式碳酸鋅樣品的流程如圖所示:

已知:a.的分別是37.4、15.4、16.2。

b.殘留在溶液中的離子濃度小于時可認為沉淀完全。

c.濾渣Ⅲ所含主要金屬元素是。

(1)“除雜Ⅰ”的目的是除去溶液中的鐵元素,則的作用是________________;若溶液中,此過程中還應調節溶液的在____范圍(不考慮離子間的相互影響)。

(2)“除雜Ⅱ”與“除雜Ⅲ”均為還原除雜。

①濾渣Ⅱ的主要金屬元素是_________________________

②“除雜Ⅲ”中加入的在溶液中主要以形式存在。請寫出鋅與反應生成“金屬間化合物”(中各元素化合價視為0價)的離子方程式:___________________________

(3)“沉鋅”后得到的固體先用去離子水洗滌,再用乙醇洗滌。用乙醇洗滌的目的是_______________________

(4)加入的主要目的是降低樣品晶粒粒度,但主元素的質量分數必須在56%以上。若鎂、鋅的質量比值過高,還可能會生成_________(填化學式),從而對樣品造成影響。

(5)樣品中鋅的含量可用(可表示為)滴定測定,反應的離子方程式為。取納米微晶堿式碳酸鋅樣品,酸溶后得到pH為5~6的溶液,以二甲酚橙作指示劑,用標準溶液滴定,消耗溶液,則樣品中鋅的質量分數是_______(用代數式表示)。

Answer 1

【答案】將氧化成,以便形成氫氧化鐵沉淀而除去 3.2≤pH＜5.9 Cu、Cd 去除固體表面的水,便于干燥 [或]

【解析】

根據工藝流程分析可知，工業級硫酸鋅加水、硫酸溶解酸化后加入H2O2，將Fe2+氧化為Fe3+，控制pH將其沉淀為Fe(OH)3，過濾除去，除雜Ⅱ向濾液中加入鋅粉，除去Cu2+和Cd2+，除雜Ⅲ再加入鋅粉和少量Sb2O3，形成銻鋅原電池，除去Co2+、Ni2+，過濾，再向濾液中加入NH4HCO3溶液和MgSO4·7H2O沉鋅，洗滌干燥沉淀可得到產品，據此分析解答。

(1) “除雜Ⅰ”的目的是除去溶液中的鐵元素，加入適量的H2O2溶液，可將Fe2+氧化為Fe3+，以便形成氫氧化鐵沉淀而除去，已知的分別是37.4、15.4、16.2，則Ksp[Fe(OH)3]=10-37.4,Ksp[Zn(OH)2]=10-16.2，若溶液中c(Zn2+)=1.0mol/L，Zn(OH)2開始沉淀時，Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)×c2(OH-)，則，c(H+)=10-5.9mol/L，此時溶液的pH=5.9，要使Zn2+不沉淀，則pH＜5.9，殘留在溶液中的離子濃度小于時可認為沉淀完全，則Fe3+完全沉淀時，c(Fe3+)=1.0×10-5mol/L，Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)，則，c(H+)=10-3.2mol/L，此時溶液的pH=3.2，要使Fe3+完全沉淀，則pH≥3.2，故答案為：將氧化成,以便形成氫氧化鐵沉淀而除去；3.2≤pH＜5.9；

(2)①除雜Ⅱ向濾液中加入鋅粉還原除去Cu2+和Cd2+，濾渣Ⅱ的主要成分是Cu、Cd，故答案為：Cu、Cd；

②Zn與Co2+、HSbO2生成“金屬間化合物”CoSb(CoSb中各元素的化合價視為0價)，Co元素的化合價由+2價降低至0價，Sb元素的化合價由+3價降低至0價，則生成CoSb化合價降低5價，而Zn元素的化合價由0價升高至+2價，根據得失電子守恒配平該反應的離子方程式為，故答案為：；

(3)堿式碳酸鋅不溶于乙醇，且乙醇與水互溶，用乙醇洗滌可去除固體表面的水，便于干燥，故答案為：去除固體表面的水，便于干燥；

(4)若鎂、鋅的質量比值過高，Mg2+濃度較大，可能會生成[或]，故答案為：[或]；

(5)根據可知，Zn2+~EDTA(H2Y2-)，則n(Zn2+)=n(EDTA)，則樣品中鋅的質量分數是，故答案為：。